ĐỀ THI HỌC SINH GIỎI QUỐC GIA 2013 MÔN HÓA HỌC pdf

1 Bộ GD&ĐT ĐỀ THI HỌC SINH GIỎI QUỐC GIA 2013 Cho: NA = 6,022.1023 mol-1; h = 6,625.10-34 J.s; 1eV = 1,602.10-19 J; O = 16; Na = 23; K = 39; Rb = 85; Mg = 24; Ca = 40; Ba = 137 Câu 1. (4,5 điểm) 1. Kết quả tính Hoá học lượng tử cho biết ion Li2+ có năng lượng electron ở các mức En (n là số lượng tử chính) như sau: E1 = -122,400 eV; E2 = -30,600 eV; E3 = -13,600 eV; E4 = -7,650 eV. a) Tính các giá trị năng lượng trên theo kJ/mol. (trình bày chi tiết đơn vị tính) b) Hãy giải thích sự tăng dần năng lượng từ E1 đến E¬4 của ion Li2+ c) Tính năng lượng ion hoá của ion Li2+ (theo eV) và giải thích 2. Chuyển động của electron dọc theo mạch cacbon của hệ liên hợp mạch hở được coi là chuyển động tự do của vi hạt trong hộp thế một chiều. Năng lượng của vi hạt trong hộp thế một chiều được tính theo công thức: , trong đó n = 1,2,3 …; h là hằng số Planck; m là khối lượng của electron, m = 9,1.10-31 kg; a là chiều dài hộp thế. Đối với hệ liên hợp, a là chiều dài mạch cacbon và được tính theo công thức: a = (N+1). ℓC-C, ở đây N là số nguyên tử C; ℓC-C là độ dài trung bình của liên kết C-C. Ứng với mỗi mức năng lượng En nêu trên, người ta xác định được một obitan phân tử (viết tắt là MO- ) tương ứng duy nhất. Sự phân bố electron vào các MO- cũng tuân theo các nguyên lý và quy tắc như sự phân bố electron vào các obitan nguyên tử. Sử dụng mô hình vi hạt chuyển động tự do trong hộp thế một chiều cho hệ electron của phân tử liên hợp mạch hở Octatetraen, hãy: a) Tính các giá trị năng lượng En (n = 1 ÷ 5) theo J. Biểu diễn sự phân bố các electron trên các MO- của giản đồ các mức năng lượng và tính tổng năng lượng của các electron thuộc Octatetraen theo kJ/mol. Cho biết phân tử Octatetraen có ℓC-C = 1,4 Å. b) Xác định số sóng (cm-1) của ánh sáng cần thiết để kích thích 1 electron từ mức năng lượng cao nhất có electron (HOMO) lên mức năng lượng thấp nhất không có electron (LUMO) Câu 2. (4,0 điểm) 1. Bảng tuần hoàn hiện nay có 118 nguyên tố. Nguyên tố X (Z=118) được hình thành khi bắn phá hạt nhân nguyên tố Californi ( ) bằng hạt nhân Canxi ( ). Biết nguyên tố X phân rã và có số khối là A=294. a) Viết phương trình phản ứng tổng hợp và phân rã của nguyên tố X b) Viết cấu hình electron nguyên tử của nguyên tố X. Từ đó suy ra vị trí của X trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học. 2. Cho M là một kim loại hoạt động. Oxit của M có cấu trúc mạng lưới lập phương với cạnh của ô mạng cơ sở là a=5,555 Å. Trong mỗi ô mạng cơ sở, ion O2- chiếm đỉnh và tâm các mặt của hình lập phương, còn ion kim loại chiếm các hốc tứ diện (tâm của các hình lập phương con với cạnh là a/2 trong ô mạng). Khối lượng riêng của oxit là 2,400 g/cm3. a) Tính số ion kim loại và ion O2- trong một ô mạng cơ sở b) Xác định kim loại M và công thức oxit của M c) Tính bán kính ion kim loại M (theo nm) biết bán kính của ion O2- là 0,140 nm. d) Nêu cách điều chế oxit của M Câu 3. (3,5 điểm) 1. Nêu hiện tượng và viết PTHH của phản ứng xảy ra trong các thí nghiệm sau: a) Sục từ từ khí clo (đến dư) vào dd NaBr b) Cho 1 ít bột MnO2 vào dd H2O2 c) Cho dd SnCl2 vào dd FeCl3, sau đó cho thêm K3[Fe(CN)6] d) Cho dd KI vào dd FeCl3 2. Canxi xyanamit được điều chế theo các phản ứng (1) và (2), nó phản ứng với nước và với axit sunfuric theo phản ứng (3) và (4) dưới đây: CaO + 3C → CaC2 + CO (1) CaC2 + N2 → CaCN2 + C (2) CaCN2 + 3H2O → CaCO3 + 2NH3 (3) CaCN2 + H¬2SO4 → CaSO4 + H2N-CN (4) a) Hãy trình bày ngắn gọn về ảnh hưởng của áp suất và nhiệt độ đến chiều diễn biến của phản ứng 2 (1) và (2) b) Dựa vào các phản ứng đã cho, hãy giải thích và viết cấu tạo hoá học (có ghi đầy đủ các electron hoá trị) của CaCN2 c) Hãy viết cơ chế phản ứng để giải thích sự tạo thành NH3 ở phản ứng (3) và H2N-CN (xyanamit) ở phản ứng (4) d) Viết công thức Liuyt của các đồng phân ứng với công thức phân tử CH2N2 Câu 4. (4,0 điểm) 1. Để xác định hàm lượng oxi trong nước sông, người ta sử dụng phương pháp Winkler bằng cách dùng Mn2+ cố định oxi dưới dạng hợp chất của Mn(IV) trong môi trường kiềm. Sau đó, dùng KI để khử Mn(IV) trong môi trường axit và chuẩn độ hỗn hợp bằng dd Na2S2O3. Cụ thể: Hút 150,00 ml nước sống vào chai cố định oxi. Thêm MnSO4 đủ dư, sau đó thêm tiếp dd kiềm iođua (gồm NaOH và KI dư), đậy nút bình cẩn thận để tránh bọt khí và để yên cho kết tủa lắng xuống. Axit hoá hỗn hợp bằng dd H2SO4 đặc. Đậy nút chai và lắc kỹ cho đến khi kết tủa tan hoàn toàn. Chuẩn độ ngay dd thu được bằng dd Na2S2O3 8,0.10-3 M hết 20,53ml Na2S2O3. a) Viết PTHH các phản ứng xảy ra trong thí nghiệm trên b) Tính ; c) Giải thích tại sao: - Giai đoạn cố định oxi phải thực hiện trong môi trường kiềm - Để khử Mn(IV) bằng KI phải tiến hành trong môi trường axit - Sau khi axit hoá dd cần chuẩn độ ngay d) Tính hàm lượng oxi trong nước theo mg/l Cho: Ở 25oC: 2. Cân 0,432g axit yếu HA, pha thành 50,00ml dd A. Tiến hành chuẩn độ dd A bằng dd chuẩn NaOH 0,100M. Khi thêm 50,77ml dd NaOH vào dd A thì dd thu được có pH = 5,0. Còn khi thêm 60,00ml dd NaOH vào dd A thì đạt tới điểm tương đương. a) Tính khối lượng mol của axit HA b) Tính hằng số Ka của axit HA Câu 5. (4,0 điểm) 1. Nghiên cứu động học của phản ứng oxi hoá khử trong dd nước: 2Fe3+ (aq) + Sn2+ (aq) → 2Fe2+ (aq) + Sn4+ (aq) (1) Khi nồng độ của ion Fe2+ rất lớn so với nồng độ của ion Fe3+, thực nghiệm xác định được biểu thức tính tốc độ phản ứng như sau: V = k.[Fe3+]2 .[Sn2+]/[Fe2+] (2) a) Chứng minh rằng cơ chế phản ứng dưới đây là phù hợp với thực nghiệm: (3) (k1 là hằng số tốc độ pư thuận, k -1 là hằng số tốc độ pư nghịch) (4) Giả định rằng giá trị hằng số tốc độ k2 là rất nhỏ. b) Có thể tính được k2 theo k (thực nghiệm) và hằng số cân bằng K của phản ứng (3) không? 2. Xét quá trình hoá hơi 1 mol nước lỏng ở 25oC và 1atm. Cho biết nhiệt hoá hơi của nước, nhiệt dung đẳng áp của hơi nước và của nước lỏng lần lượt là: ΔHhh(100oC, 1atm) = 40,668 kJ/mol, Cp, H2O(ℓ) = 75,31 J.K-1.mol-1; Cp, H2O(k) = 33,47 J.K-1.mol-1. Các dữ kiện trên được coi như có giá trị không đổi trong khoảng nhiệt độ khảo sát. a) Tính ΔH, ΔS, ΔG của hệ trong quá trình hoá hơi nói trên b) Dựa vào kết quả thu được, cho biết quá trình hoá hơi của nước có thể tự diễn ra hay không? Vì sao? Cho biết, đối với quá trình đẳng áp có nhiệt độ biến đổi từ T1 đến T2, biến thiên entropi được tính theo hệ thức: HẾT . 1 Bộ GD&ĐT ĐỀ THI HỌC SINH GIỎI QUỐC GIA 2013 Cho: NA = 6,022.1023 mol-1; h = 6,625.10-34 J.s; 1eV. Rb = 85; Mg = 24; Ca = 40; Ba = 137 Câu 1. (4,5 điểm) 1. Kết quả tính Hoá học lượng tử cho biết ion Li2+ có năng lượng electron ở các mức En (n là số